專利名稱：：一種彩色碳粉及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電子照相方式的復(fù)印機(jī)以及打印機(jī)所使用的彩色碳粉及其制造方法，具體的說(shuō)是涉及一種打印、復(fù)印的色澤和分辨率高、易于回收與清潔的彩色碳粉及其制備方法。
背景技術(shù)：
：彩色碳粉是彩色激光打印、彩色數(shù)碼復(fù)印所需的關(guān)鍵耗材，主要由樹(shù)脂、顏料、添加劑等組成。彩色碳粉的傳統(tǒng)制備方法是"熔融法"，即樹(shù)脂(主要為苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物)、著色劑(顏料或染料)、添加劑(電荷調(diào)節(jié)劑、離型劑等)經(jīng)過(guò)熔融混合、低溫機(jī)械粉碎、氣流粉碎、分級(jí)等工序，得到粒度約10ym的彩色碳粉。然而，這種制備方法存在著色劑不易在樹(shù)脂中均勻分散、制備的彩色碳粉顆粒大小及形狀均一性差、粒徑較大等缺陷，導(dǎo)致打印、復(fù)印時(shí)易粘輥、分辨率低、色澤差、廢粉率較高。而以Canon公司為代表提出的"懸浮聚合法"有效地控制了彩色碳粉顆粒的大小，使色粉的流動(dòng)性能、荷電性能得到顯著改善，提高了色粉定影的穩(wěn)定性、固結(jié)性能，有效地抑制透印現(xiàn)象。然而"懸浮聚合法"的不足之處是碳粉粒度分布較寬使打印、復(fù)印分辨率和色澤欠佳，碳粉顆粒太圓導(dǎo)致殘留在感光體上的碳粉的回收與清潔非常困難。以FujiXerox、Konica-Minolta為代表的公司開(kāi)發(fā)了"乳液聚合/共絮凝法"，通過(guò)表面活性劑、剪切速率的調(diào)整可使粉體粒度小到5iim，甚至納米尺度，其尺寸分布變窄，通過(guò)控制絮凝、熱處理過(guò)程可以有效地控制粉體的形狀，從而提高了彩色打印、復(fù)印的分辨率和色澤，碳粉顆粒的非球形結(jié)構(gòu)有利于感光體上的碳粉回收與清潔。然而，在乳液聚合/共絮凝法"制備彩色碳粉時(shí)，聚合物乳液和著色乳液在混合、絮凝、熱處理很難使樹(shù)脂粒子與著色粒子彼此均勻分散和黏附；另一方面，為提高彩色碳粉的抗偏印性能需要提高蠟的用量，但同時(shí)導(dǎo)致蠟易于遷移到碳粉粒子表面而污染載體和顯影套筒，并且使顏料在碳粉中分布不均，導(dǎo)致打印、復(fù)印質(zhì)量難以提高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種打印、復(fù)印的色澤和分辨率高，廢粉率低、碳粉回收與清潔容易的"草莓狀"結(jié)構(gòu)的彩色碳粉。本發(fā)明還提供一種上述彩色碳粉的制造方法。本發(fā)明彩色碳粉的制造方法包括由陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液(A)和陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液(B)凝集而成，所述陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液(A)是以蠟粒子和納米二氧化硅為核，通過(guò)原位乳液聚合得到，所述陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液(B)是以著色劑和納米二氧化硅為核，通過(guò)原位乳液聚合得到。本發(fā)明采用原位乳液聚合方法，先分別制備以蠟粒子和納米二氧化硅為核，在陰離子表面活性劑的存在下，通過(guò)原位乳液聚合得到陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液(A)，以及以著色劑和表面處理的二氧化硅為核，在陽(yáng)離子表面活性劑的存在下，通過(guò)原位乳液聚合得到陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液(B)。然后將上述(A)和(B)兩組分在攪拌作用下，無(wú)需絮凝劑，在非離子表面活性劑的存在下，依靠陰、陽(yáng)電荷相互作用使它們凝集，再經(jīng)常規(guī)熱處理、過(guò)濾、干燥、外添助劑，制成本發(fā)明碳粉，該碳粉具有"草莓狀"結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用原位乳液聚合法，將聚合性單體與聚合引發(fā)劑加入連續(xù)相的水中，并加入納米二氧化硅形成分散相的納米二氧化硅，由于單體在水相中是微溶的，而其聚合物在整個(gè)體系中是不可溶的，所以會(huì)發(fā)生以納米二氧化硅和蠟(或著色劑)為核的聚合反應(yīng)，反應(yīng)開(kāi)始，先單體預(yù)聚形成預(yù)聚體，然后預(yù)聚體聚合，預(yù)聚體聚合尺寸逐步增大達(dá)到需要的粒徑時(shí)停止反應(yīng)。由于原位乳液聚合法是在聚合狀態(tài)下直接將填充物加到液態(tài)單體中，能使作為填充物的二氧化硅和蠟(或著色劑)分散均勻，從而提高了彩色打印、復(fù)印的分辨率和色澤，并且不需特別提高蠟的使用量，不存在由于蠟的使用量高而使蠟易于遷移到碳粉粒子表面而污染載體和顯影套筒，并且使著色劑在碳粉中分布不均，導(dǎo)致打印、復(fù)印質(zhì)量難以提高的問(wèn)題，并且本發(fā)明制得的粉體具有"草莓"形狀，與常規(guī)的球形粉體相比，其特殊的形狀不易殘留在感光體上，回收清潔方便。所述陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液(A)和陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液(B)中均含有納米二氧化硅，其"滾珠"作用能降低了碳粉在打印、復(fù)印過(guò)程的熔融黏度，有利于提高彩色打印、復(fù)印的色澤；同時(shí)起增強(qiáng)劑和觸變劑的作用，有利于提高彩色打印、復(fù)印的分辨率。所述納米二氧二硅的粒徑優(yōu)選為10-100nm，添加量為占陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液(A)或陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液(B)總質(zhì)量的O.5_5%質(zhì)量。本發(fā)明方法所使用的蠟可以是低分子量聚乙烯蠟、低分子量聚丙烯蠟、低分子量共聚烯烴蠟、石蠟、微晶蠟等碳?xì)浠衔锵灐⒍岫?、十八酸十八酯、巴西棕櫚蠟、蜜蠟等天然系蠟、油酸酰胺、硬脂酸酰胺等高?jí)脂肪酸酰胺等。本發(fā)明方法所使用的著色劑可以為無(wú)機(jī)顏料或有機(jī)顏料、有機(jī)染料的任一種，也可以是其組合。可以列舉的青色著色劑有C.I.顏料藍(lán)15:3、顏料藍(lán)15:4等；黃色著色劑有C.I.顏料黃74、顏料黃93、顏料黃94、顏料黃155、溶劑黃162、顏料黃180、顏料黃185等；品紅著色劑有C.I.顏料紅31、顏料紅122、顏料紅150、顏料紅184、顏料紅185、顏料紅57:1、顏料紅238、顏料紅269等；黑色著色劑有碳黑、磁鐵礦等。本發(fā)明方法所使用的聚合性單體有苯乙烯、a-甲基苯乙烯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸特丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸特丁酯、甲基丙烯酸正己酯、l，3-丁二烯、l，2-丁二烯等；優(yōu)選苯乙烯、丙烯酸丁酯?？墒褂玫臉O性聚合性單體有丙烯酸、甲基丙烯酸、富馬酸、馬來(lái)酸、巴豆酸、衣康酸等；優(yōu)選丙烯酸、甲基丙烯酸。本發(fā)明所述陽(yáng)離子表面活性劑為胺鹽型表面活性劑或季銨鹽型表面活性劑中至少一種，胺鹽型表面活性劑如伯胺鹽、仲胺鹽、叔胺鹽型表面活性劑、羥基胺、二胺或多胺、含?；陌?、胍衍生物；可以列舉的季銨鹽型表面活性劑有十二烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十六烷基二甲基節(jié)基氯化銨、十八烷基二甲基節(jié)基氯化銨、十二烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨、十二烷基二甲基芐基溴化銨、十六烷基二甲基芐基溴化銨、十八烷基二甲基芐基溴化銨、十六烷基二甲基烯丙基氯化銨、氯化N，N-二甲基-N-芐基-3-(硬脂酰胺基)丙胺、二芐基二(十八酰胺乙基)氯化銨等。優(yōu)選季銨鹽型表面活性劑，更優(yōu)選烷基二甲基芐基氯化銨。本發(fā)明所述陰離子表面活性劑可以為羧酸鹽類、磺酸鹽類、硫酸酯鹽類和結(jié)構(gòu)混合型表面活性劑中至少一種，也可以是其組合?？梢粤信e的有脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鹽、硬脂酸鈉、直鏈烷基苯磺酸鈉、支鏈烷基苯磺酸鈉、二異丙基萘磺酸鈉、二丁基萘磺酸鈉、烷基磺酸鈉、a-烯烴磺酸鈉、a-磺基脂肪酸酯、直鏈烷基硫酸鹽、支鏈烷基硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽等。優(yōu)選直鏈烷基硫酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽。本發(fā)明所述的非離子表面活性劑可以列舉的有脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷醇酰胺、聚氧乙烯烷醇酰胺等。優(yōu)選烷基酚聚氧乙烯醚，更優(yōu)選帶有810個(gè)碳原子的烷基酚聚氧乙烯醚。本發(fā)明中原位乳液聚合所使用的聚合引發(fā)劑可以列舉的有過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉等水溶性過(guò)硫酸鹽引發(fā)劑，以及這些過(guò)硫酸鹽與酸性亞硫酸鈉或抗壞血酸組成的氧化還原引發(fā)劑。有益效果l，本發(fā)明碳粉具有"草莓形"結(jié)構(gòu)，大小形狀均一性好，不易殘留在感光體上，不僅回收清潔方便、廢粉率低，而且提高了彩色打印、復(fù)印的分辨率和色澤。2，利用原位乳液聚合的方法，依靠陰、陽(yáng)電荷相互作用使陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液(A)和陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液(B)凝集，無(wú)需絮凝劑，工藝方法更為簡(jiǎn)單、可靠。3，利用二氧化硅特有的"滾珠"作用，降低了碳粉在打印、復(fù)印過(guò)程的熔融黏度，從而進(jìn)一步提高了彩色打印、復(fù)印的分辨率和色澤。實(shí)施例陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液的制備例1蠟分散液的制備將30g蠟(二十二酸二十二酯)和7.5g十二烷基硫酸鈉和62.5g水在9(TC下進(jìn)行攪拌溶解，然后將此混合物快速加入到高速分散劑中進(jìn)行分散，通過(guò)2h的分散，得到乳白的蠟分散液，其粒徑為150nm。該粒徑通過(guò)BeckmanCoulterLS230陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液的制備將5g十二烷基硫酸鈉溶解于100g水中，然后將其加入聚合反應(yīng)釜中，將上述蠟分散液25g和1.4g經(jīng)表面處理的納米Si02(德固賽R972，粒徑1014nm)分別投入反應(yīng)釜中，升溫到75°C，然后向反應(yīng)釜中加入將lg過(guò)硫酸鉀溶解于50g水中的溶液，然后將75g苯乙烯，22g丙烯酸丁酯，3g甲基丙烯酸和2g十二烷基硫醇混合物在2h內(nèi)逐漸加入反應(yīng)釜，加完后將體系的溫度升高到8(TC，在此溫度下反應(yīng)3h，即可得到含蠟和納米二氧化硅的原位復(fù)合乳液，以納米粒度儀測(cè)得其粒徑為230nm，將其作為乳液(A-l)。陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液制備例2蠟分散液的制備同制備例1。陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液的制備將6g十二烷基硫酸鈉溶解于100g水中，然后將其加入聚合反應(yīng)釜中，將上述蠟分散液25g和14g經(jīng)表面處理的納米Si02(德固賽R974，粒徑1014nm)分別投入反應(yīng)釜中，升溫到75°C，然后向反應(yīng)釜中加入將lg過(guò)硫酸鉀溶解于50g水中的溶液，然后將75g苯乙烯，22g丙烯酸丁酯，3g甲基丙烯酸和2g十二烷基硫醇混合物在2h內(nèi)逐漸加入反應(yīng)釜，加完后將體系的溫度升高到8(TC，在此溫度下反應(yīng)3h，得到的陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液的粒徑為225nm，將該復(fù)合乳液稱為復(fù)合乳液(A-2)。陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液制備例3在制備例1中，除了將十二烷基硫醇改為正辛基硫醇，將經(jīng)表面處理的納米Si(^添加量改為5g以外，其他條件相同，得到的陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液的粒徑為228nm，將該復(fù)合乳液稱為復(fù)合乳液(A-3)。陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液制備例4在制備例2中，除了甲基丙烯酸改為丙烯酸以外，其他條件相同，得到的陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液的粒徑為220nm，將該復(fù)合乳液稱為復(fù)合乳液(A-4)。陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液制備例1著色劑分散液的制備將30g碳黑(Cabot公司)和7.5g十二烷三甲基氯化銨和62.5g水在室溫下進(jìn)行攪拌預(yù)分散，然后將此分散液加入到高速分散劑中進(jìn)行分散，通過(guò)2h的分散，得到顏料分散液，其粒徑為120nm。陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液制備將5g十二烷三甲基氯化銨溶解于100g水中，然后將其加入聚合反應(yīng)釜中，將上述顏料分散液25g和1.4g經(jīng)表面處理的納米Si02(德固賽R972，粒徑1014nm)分別投入反應(yīng)釜中，升溫到75°C，然后向反應(yīng)釜中加入將lg過(guò)硫酸鉀溶解于50g水中的溶液，然后將75g苯乙烯，22g丙烯酸丁酯，3g甲基丙烯酸和2g十二烷基硫醇混合物在2h內(nèi)逐漸加入反應(yīng)釜，加完后將體系的溫度升高到80°C，在此溫度下反應(yīng)3h，即可得到含蠟和納米二氧化硅的陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液，以納米粒度儀測(cè)得其粒徑為243nm，將其作為復(fù)合乳液(B-l)。陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液制備例2著色劑分散液的制備同制備例1。陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液制備將6g十六烷基三甲基氯化銨溶解于100g水中，然后將其加入聚合反應(yīng)釜中，將上述顏料分散液25g和14g經(jīng)表面處理的納米Si02(德固賽R972，粒徑1014nm)分別投入反應(yīng)釜中，升溫到75°C，然后向反應(yīng)釜中加入將lg過(guò)硫酸鉀溶解于50g水中的溶液，然后將75g苯乙烯，22g丙烯酸丁酯，3g甲基丙烯酸和2g十二烷基硫醇混合物在2h內(nèi)逐漸加入反應(yīng)釜，加完后將體系的溫度升高到80°C，在此溫度下反應(yīng)3h，即可得到含蠟和納米二氧化硅的陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液，以納米粒度儀測(cè)得其粒徑為250nm，將其作為復(fù)合乳液(B-2)。陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液制備例3在制備例l中，除了將碳黑改為顏料黃155，將經(jīng)表面處理的納米Si(^添加量改為5g以外，其他條件相同，得到的陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液的粒徑為215nm，將該復(fù)合乳液稱為復(fù)合乳液(B-3)。陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液制備例4在制備例2中，除了將碳黑改為顏料紅184以外，其他條件相同，得到的陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液的粒徑為235nm，將該復(fù)合乳液稱為復(fù)合乳液(B-4)。陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液制備例5在制備例1中，除了將碳黑改為顏料藍(lán)15:4以外，其他條件相同，得到的陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液的粒徑為240nm，將該粒子稱為復(fù)合乳液(B_5)。碳粉制備例1將復(fù)合乳液(A-l)100g加入到反應(yīng)釜中，調(diào)節(jié)攪拌的速度為500rpm，然后將復(fù)合乳液(B-l)在攪拌下在20分鐘內(nèi)逐漸加入到反應(yīng)釜中，攪拌30min后開(kāi)始升溫，通過(guò)30min將體系的溫度升到6(TC，然后將體系的攪拌速度降低到200rpm，然后開(kāi)始檢測(cè)體系的粒徑的變化，當(dāng)凝集粒子的粒徑增大到7iim時(shí)，向體系中加入非離子表面活性劑X-405(陶氏化學(xué))，然后將攪拌速度增加到400rpm，然后升溫到95。C進(jìn)行球形化，當(dāng)粒子的球形度到達(dá)0.96(使用FPIA-3000測(cè)定)以上時(shí)，冷卻，使用離心分離機(jī)過(guò)濾、用水洗凈、加熱減壓干燥。對(duì)干燥后粒子加入外添劑處理即得碳粉。得到的碳粉稱為碳粉(T-l)。碳粉制備例2在碳粉制備例1中，除了將復(fù)合乳液(B-l)更換為復(fù)合乳液(B-2)，非離子表面活性劑改為十二醇聚氧乙烯醚以外，其他條件相同得到碳粉。得到的碳粉稱為碳粉(T-2)。碳粉制備例3在碳粉制備例1中，除了將復(fù)合乳液(B-l)更換為復(fù)合乳液(B-3)以外，其他條件相同得到碳粉。得到的碳粉稱為碳粉(T-3)。碳粉制備例4在碳粉制備例1中，除了將復(fù)合乳液(B-l)更換為復(fù)合乳液(B-4)以外，其他條件相同得到碳粉。得到的碳粉稱為碳粉(T-4)。碳粉制備例5在碳粉制備例1中，除了將復(fù)合乳液(B-l)更換為復(fù)合乳液(B-5)以外，其他條件相同得到碳粉。得到的碳粉稱為碳粉(T-5)。碳粉制備例6在碳粉制備例1中，除了復(fù)合乳液(A-l)更換為復(fù)合乳液(A-2)以外，其他條件相同得到碳粉。得到的碳粉稱為碳粉(T-6)。碳粉制備例7在碳粉制備例1中，除了將復(fù)合乳液相同得到碳粉。得到的碳粉稱為碳粉(T-7)。碳粉制備例8在碳粉制備例1中，除了將復(fù)合乳液相同得到碳粉。得到的碳粉稱為碳粉(T-8)。碳粉制備例9在碳粉制備例3中，除了將復(fù)合乳液相同得到碳粉。得到的碳粉稱為碳粉(T-9)。碳粉制備例10在碳粉制備例4中，除了將復(fù)合乳液相同得到碳粉。得到的碳粉稱為碳粉(T-10)碳粉制備例11在碳粉制備例5中，除了將復(fù)合乳液(A-l)更換為復(fù)合乳液(A-3)以外，其他條件(A-l)更換為復(fù)合乳液(A-4)以外，其他條件(A-l)更換為復(fù)合乳液(A-2)以外，其他條件(A-l)更換為復(fù)合乳液(A-2)以外，其他條件(A-l)更換為復(fù)合乳液(A-2)以外，其他條件相同得到碳粉。得到的碳粉稱為碳粉(T-ll)。碳粉制備例12在碳粉制備例3中，除了將復(fù)合乳液(A-l)更換為復(fù)合乳液(A-3)以外，其他條件相同得到碳粉。得到的碳粉稱為碳粉(T_12)。將本發(fā)明實(shí)施例中的碳粉進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>小結(jié)由上表可知，本發(fā)明碳粉顯影密度及分辨率高，同時(shí)底灰、廢粉率及消耗量較現(xiàn)有碳粉低。權(quán)利要求一種彩色碳粉的制造方法，其特征在于，包括由陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液(A)和陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液(B)凝集而成，所述陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液(A)是以蠟粒子和納米二氧化硅為核，通過(guò)原位乳液聚合得到，所述陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液(B)是以著色劑和納米二氧化硅為核，通過(guò)原位乳液聚合得到。2.如權(quán)利要求1所述的彩色碳粉，其特征在于，由權(quán)利要求1所述制造方法制得。3.如權(quán)利要求2所述的彩色碳粉，其特征在于，所述碳粉的粉體為"草莓狀"結(jié)構(gòu)。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種碳粉及其制備方法，解決了現(xiàn)有碳粉打印、復(fù)印時(shí)易粘輥、分辨率和色澤率較低、色澤差、廢粉率較高的問(wèn)題。技術(shù)方案包括由陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液(A)和陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液(B)凝集而成，所述陰離子型含蠟聚合物復(fù)合乳液(A)是以蠟粒子和納米二氧化硅為核，通過(guò)原位乳液聚合得到，所述陽(yáng)離子型含著色劑聚合物復(fù)合乳液(B)是以著色劑和納米二氧化硅為核，通過(guò)原位乳液聚合得到。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，制備彩色碳粉打印、復(fù)印的色澤和分辨率高、廢粉率低、碳粉回收與清潔容易。文檔編號(hào)G03G9/097GK101699353SQ20091027256公開(kāi)日2010年4月28日申請(qǐng)日期2009年10月29日優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日發(fā)明者蘭澤冠,肖桂林,解孝林,黎文部申請(qǐng)人:湖北鼎龍化學(xué)股份有限公司